Biochimie PACES Caen

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1 Biochimie PACES Caen Tutorat Armature Bambi Relu et corrigé par : Pr. Pascal Gauduchon Dr. Stéphane Allouche

2 Référence Cours des professeurs de Caen S. Allouche (Glucides Krebs) I. Denis (Lipides : ancienne prof') P. Gauduchon (Protéines - Enzymologie) H. Lincet (ED Méthodes d'études) L. Coulbault (Protéines Méthodes d'études) Un ouvrage de QCM et QROC est maintenant disponible.

3 Introduction Méthodes d'études des protéines Biochimie Structurale Protéines Bioénergétique - Enzymologie Lipides Glucides Biochimie Métabolique Le Cycle de Krebs Chaîne Respiratoire Métabolisme des glucides Métabolisme des lipides

4 Introduction Qu'est-ce que la Biochimie? Réactions chimiques du vivant Structurale (statique) et métabolique (dynamique) Evolution séparée des autres disciplines pour des raisons historiques et méthodologiques, mais tendance à la fusion avec la biologie moléculaire, génétique, biologie cellulaire, etc

5 La Biochimie au concours PACES Coefficient 2,5 comme toutes les matières de l'ue 1 (Pour un total de 62 mais faire une impasse serait suicidaire) 17,5 h de CM 10,5 h d'ed Les EDs en Biochimie sont souvent présentés sous la forme de corrections d'annales (du concours de l'année précédente). Les questions vous sont passées sur Moodle une semaine avant l'ed et le/la prof' les corrige avec vous pendant l'ed. C'est aussi pendant les ED et non en CM que vous apprendrez à résoudre les exercices que vous retrouverez au concours Il est donc conseillé d'assister à tous les ED, aux cours, de les comprendre et de préparer les exercices à l'avance.

6 Matières y faisant directement référence : Chimies Biologie Cellulaire Biologie Moléculaire Pharmacologie (2e semestre) Nutrition (L2 Médecine)...

7 Méthodes d'étude des protéines Préparation Séparation Immunologie

8 Préparation Objectif de la préparation : obtenir un échantillon de protéines aussi pur que possible et facile à étudier, en précipitant ces dernières ou en effectuant une chromatographie préparative. Modification du ph Modification de la force ionique du milieu Chauffage Chromatographie préparative

9 Séparation Electrophorèse Gel d'agarose (profil type des protéines du sérum) Capillaire (même principe en plus précis car à l'intérieur d'un capillaire) SDS-PAGE (gel en forme de mailles qui sépare les différentes protéines) Iso-Electrofocalisation (gradient de ph par ddp) Bidimentionnelle (électrofocalisation puis SDS-PAGE) Chromatographie Affinité (molécules passées dans des tubes où des récepteurs les retiennent) Echange d'ions Phase inverse Exclusion (filtration sur gel)

10 Immunologie Immuno-Empreintes SDS-PAGE + AC primaire + AC secondaire Dosages Immuno-Enzymatiques AC1 + Protéine à doser + AC2 enzymatique + Molécule réactive Immuno-Fluorescence AC1 + Protéine à doser + AC2 fluorescent

11 Biochimie Structurale Protéines Bioénergétique - Enzymologie Lipides Glucides Mais d'abord, il faut comprendre l'utilité de certains éléments comme l'atp, l'acétyl-coa et les autres cofacteurs enzymatiques.

12 L'ATP Adénosine TriPhosphate Médiateur de l'énergie Adénosine (nucléoside) mono, di ou tri phosphaté (nucléotide)

13 L'acétyl-CoA Coenzyme A lié à un groupement acétyl L'acétyl peut être dégradé par le cycle de krebs pour donner du CO2 et de l'h2o en produisant de l'énergie. Coenzyme seul abrégé CoASH car sulfure

14 Autres cofacteurs enzymatiques Accepteurs d'h+ : coenzymes d'oxydoréduction Pyridinique : NAD+/NADH,H+ Pyridinique : NADP+/NADPH,H+ (Principalement pour la formation des acides gras) Flavinique : FAD+/FADH2 Proviennent des vitamines PP pour les pyridiniques et B2 pour les flaviniques Rôles de transport des protons et électrons jusqu'à la chaîne respiratoire

15 Protéines Enchaînement d'acides aminés Déterminé par les ARNm lors de la traduction (cf Biologie Moléculaire)

16 Quatre niveaux de structure Primaire Enchaînement simple d'aa Secondaire Repliement en hélices α ou feuillets β Tertiaire Adoption de la forme la plus stable Quaternaire (facultatif) Association de plusieurs structures tertiaires

17 Structure quaternaire : l'hba

18 Enzymologie Catalyseurs biologiques Suceptibles d'être mutées => variabilité individuelle voire pathologies (ex : Phénylcétonurie) Cibles de 25 % des médicaments Outils (PCR, immunodétection, agroalimentaire)

19 Caractéristiques des Enzymes Spécificités (de substrats ou réactions) relatives (ex : Glucokinase et Hexokinase) Localisations Ubiquistes Tissus spécifiques ph et Température dépendantes Cinétiques selon deux grands modes

20 Cinétiques enzymatique Allostériques Michaelliennes Plusieurs sous-unités Une seule sous-unité Courbe sigmoïde Courbe hyperbolique

21 Régulation des Enzymes Allostérique : Un élément (souvent métabolite) vient se fixer sur l'enzyme et entraîne un changement de conformation de celle-ci. Phosphorylation : Une protéine kinase phosphoryle un ou plusieurs sites de l'enzyme, lui conférant un nouveau groupement et là aussi un changement de conformation.

22 Il y a une logique dans la régulation des enzymes, il vaut mieux chercher à la comprendre que d'apprendre bêtement leurs inhibiteurs et activateurs. AcétylCoA Par exemple : cette réaction est la première du cycle de Krebs, elle vise donc à produire de l'énergie. L'enzyme qui la catalyse est donc logiquement inhibée par l'atp, car s'il y a trop d'atp il y a trop d'énergie, et il est donc inutile d'en produire plus.

23 Quand un métabolite, un activateur ou un groupement phosphate se lie à l'enzyme, celle ci change de conformation, ce qui améliore ou diminue son efficacité. Important de comprendre que les enzymes changent de forme

24 Réactions et équilibres Les réactions ont lieu si plusieurs conditions sont réunies, l'une d'entre elles est la présence d'un catalyseur (dans la quasi-totalité des réactions biochimiques : peu sont spontanées), une autre est une concentration suffisante de substrats. Si cette concentration est modifiée à gauche ou à droite de la réaction, un nouvel équilibre se crée. Exemple : période post-prandiale (après un lourd repas) Glucose Pyruvate De même, l'équilibre peut s'inverser en cas de manque d'un métabolite (ici, le glucose) Glucose Pyruvate

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26 Lipides Réserve énergétique Simples ou complexes Formés à partir de l'acétylcoa lors de la synthèse des AG, et oxydés en acétylcoa lors de la β-oxydation Stockés dans les adipocytes

27 Glucose Glycolyse Néoglucogenèse Pyruvate AcétylCoA β-oxydation Acides Gras Corps Cétoniques Cycle de Krebs + Chaîne respi CO2 + H20 + Energie (ATP)

28 Acide Gras simple non saturé Acide Palmitique

29 Glycérophospholipide

30 Glucides Hydrates de carbone Simples ou polymérisés (polysaccharides) voire complexes si associés aux lipides ou protéines Réserve d'énergie (apports alimentaires) Structures des organites cellulaires et ribose des acides nucléiques

31 Polysaccharides Liaisons α:1-4 Liaisons α:1-6 de branchement

32 Bichimie Métabolique

33 Astuce : «Compter en carbones» Pour comprendre une réaction biochimique, il faut «compter en carbones», c'est à dire se demander, à chaque étape, combien de carbones sont présents dans les molécules que l'on a devant soi. Par exemple, lors de la glycolyse, il y a 6 carbones au départ. Puis, à un moment, la molécule suivante a 3 carbones. Seule solution : il y a eu une «division par deux» de la molécule initiale. Ensuite, le pyruvate (3C) donne de l'acétylcoa (2C). Cela implique qu'il y ait eu un carbone de relargué sous forme de CO 2 Bien sûr, compter les carbones n'est pas suffisant, le mieux est de prendre en compte tous les groupements chimiques mais c'est déjà un bon début qui permet de se clarifier l'esprit lorsque l'on se demande tout à coup le jour du concours s'il y a un CO 2 dans les produits de la réaction ou non. La solution, c'est de se demander si le nombre de carbone est le même des deux côtés de la réaction ou non.

34 Cycle de Krebs Métabolise l'acétylcoa (2C) en deux CO2, réduit 3 NAD+ en NADH,H+ et 1 FAD en FADH2 et AcétylCoA produit un GTP

35 Chaîne respiratoire Crée un gradient chimique Le transforme en énergie électro-chimique Le retransforme en énergie chimique sous la forme de la liaison P-P de l'atp

36 Métabolisme des Glucides Glycolyse Néoglucogenèse Glycogènogenèse Glycogènolyse Voie des pentoses phosphate

37 Voie des pentoses phosphate Glycogènogenèse Glucose Pentoses phosphates Glycogène Glycogènolyse Glycolyse Néoglucogenèse Pyruvate AcétylCoA β-oxydation Cycle de Krebs + Chaîne respi => Energie Acides Gras CO2 + H20

38 Glycolyse - Néoglucogenèse Glycolyse = catabolisme => dégrade le glucose en pyruvate pour produire ensuite de l'acétylcoa qui produira lui même encore plus d'énergie Néoglucogenèse = anabolisme qui produit du glucose à partir du pyruvate (entre autres) NB : La néoglucogenèse a besoin de plus d'énergie que celle produite par la glycolyse Glucose Pyruvate AcétylCoA

39 Glycogènogenèse - Glycogènolyse 2 2 Réserve de sucre hépatique et musculaire

40 Voie des pentoses phosphate Formation de Ribose-5-Phosphate, indispensable à la synthèse des nucléotides Production de NADPH, H+

41 Métabolisme des lipides Synthèse des AG à partir de l'acétylcoa quand abondance Dégradation des AG en AcétylCoA par β-oxydation quand besoin d'énergie Métabolisme «de secours» : les corps cétoniques

42 Glucose Glycolyse AcétylCoA β-oxydation Acides Gras Corps Cétoniques Cycle de Krebs + Chaîne respi => Energie CO2 + H20 + ATP

43 Synthèse-Elongation des Acides Gras AG=16 C dans cytosol AG>16 C insaturés dans microsome AG>16 C saturés dans mitochondrie Utilise NADPH,H+ (énergie)

44 β-oxydation Catabolyse les AG en AcétylCoa Produit du FADH2 et NADH,H+

45 Métabolisme des corps cétoniques AcétylCoA AcétylCoA Si jeûne ou pathologie (diabète) Acidocétose si accumulation